DE2424972C2

DE2424972C2 - Device or method for separating solid particles from a suspension, in particular for taking samples of a polymer from the output stream of a polymerization reactor released in the form of a suspension

Info

Publication number: DE2424972C2
Application number: DE2424972A
Authority: DE
Inventors: Floyd Harold Broken Arrow Okla. McGinnis
Original assignee: Seismograph Service Corp
Current assignee: Seismograph Service Corp
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1985-06-20
Also published as: US3847022A; JPS6010043B2; DE2424972A1; JPS5063089A

Description

etwa 35 at betragen. Bei dem Phillips-Verfahren löst sich das Polymer während der Bildung und bei den normalen Polymerkonzentrationen sind die rfen Reaktor verlassenden Lösungen bereits ziemlich viskos und müssen auf erhöhter Temperatur gehalten werden.be about 35 at. In the Phillips process, the polymer dissolves during formation and, at normal polymer concentrations, the solutions exiting the reactor are already quite viscous and must be maintained at elevated temperature.

Die zuvor kurz beschriebenen bekannten Verfahren, welche sich zwar in Verbindung mit den Phillips-Katalysatorverfahren eignen, lassen sich nicht zur Probennahme aus einem Reaktor für das Ziegler-Verfahren -verwenden (siehe Ziegler u. a. Angewandte Chemie, 67,541 (1955)), wobei die Polymerisation in einem mit einem Rührer versehenen Reaktor durchgeführt wird, in welchem die Reaktortemperatur etwa 70⁰C und der Druck etwa 53 at beträgt Der wesentliche Unterschied zwischen dem Phillips-Katalysatorverfahren und dem Ziegler-Verfahren bezüglich der Probennahme besteht dann, daß das Ausgangsprodukt des Reaktors bei dem PhiHips-Katalysatorverfahren die Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel ist, welche sich auf verhältnismäßig hoher Temperatur und auf hohem Druck befindet. Im Gegensatz hierzu ist das Ausgangsprodukt des Reaktors beim Ziegler-Verfahren eine Suspension von Polymer-Feststoff partikelchen unterschiedlicher Größe in einem Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel, wobei die Suspension verhältnismäßig niedrige Temperatur und niedrigen Druck besitzt. Die Art der Polymersuspension, wie sie durch das Ziegler-Verfahren erhalten wird, ist derart, daß die Polymer-Feststoff partikel dazu neigen, sich aus der Kohlenwasserstoffsuspension abzusetzen, wenn nicht die Suspension ständig in turbulenter Strömung gehalten wird. Da die Polymerlösung nach dem Phillips-Katalysatorverfahren keine suspendierten Feststoffpartikel enthält, kann aus der Lösung eine Probe von dem Reaktor oder einer Produktlinie durch eine kleine Probenleitung abgezogen und durch die Temperaturregel- bzw. Steuereinheit geführt und dann dosiert unmittelbar über eine Zerstäuberdüse in den evakuierten Extruder eingebracht werden. Wird das bekannte Probenentnahmeverfahren, wie es in den zuvor erwähnten US-Patentschriften beschrieben ist, im Zusammenhang mit einem Reaktor für das Ziegler-Verfahren oder einer entsprechenden Produktleitung eingesetzt, so ergibt sich keine zufriedenstellende Wirkungsweise, da die Feststoffpartikelchen des Polymers sich in der Probenleitung und im Wärmeaustauscher absetzen, so daß sich die Leitungen und Ventile verstopfen und andere Schwierigkeiten auftreten.The known processes briefly described above, which are suitable in connection with the Phillips catalyst process, cannot be used for sampling from a reactor for the Ziegler process (see Ziegler et al. Angewandte Chemie, 67,541 (1955)), with the polymerization is carried out in a reactor provided with a stirrer, in which the reactor ^{temperature is about 70 °} C. and the pressure is about 53 at the PhiHips catalyst process is the solution of a polymer in a solvent, which is at a relatively high temperature and high pressure. In contrast to this, the starting product of the reactor in the Ziegler process is a suspension of solid polymer particles of different sizes in a hydrocarbon suspension medium, the suspension having a relatively low temperature and pressure. The type of polymer suspension obtained by the Ziegler process is such that the solid polymer particles tend to settle out of the hydrocarbon suspension if the suspension is not kept constantly in a turbulent flow. Since the polymer solution according to the Phillips catalyst process does not contain any suspended solid particles, a sample can be drawn from the solution from the reactor or a product line through a small sample line and passed through the temperature control unit and then metered directly into the evacuated extruder via an atomizer nozzle be introduced. If the known sampling method, as described in the above-mentioned US patents, is used in connection with a reactor for the Ziegler process or a corresponding product line, there is no satisfactory mode of operation, since the solid particles of the polymer are in the sample line and settle in the heat exchanger, so that the lines and valves clog and other difficulties arise.

Aus der US-Patentschrift 32 17 783 ist eine Einrichtung zum Entgasen einer Kunststoffschmelze bekannt, welche mittels einer Förderschneckenanordnung einem Evakuierungsbereich zugefördert und von diesem Bereich wieder abgefördert wird. Im Evakuierupgsbereich befinden sich Heizeinrichtungen in Gestalt von Wärmetauschern zum Nachheizen der Kunststoffschmelze. Die bekannte Einrichtung eignet sich nicht zum Absondern von Feststoffpartikeln aus einer Suspension.From US Patent 32 17 783 is a device known for degassing a plastic melt, which by means of a screw conveyor arrangement Evacuation area is conveyed and conveyed away again from this area. In the evacuation area there are heating devices in the form of heat exchangers for reheating the plastic melt. the known device is not suitable for separating solid particles from a suspension.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Feststoffpartikel aus einer Suspension absondern zu können, ohne daß ein Zusetzen von Leitungen und anderen Bauteilen der Anlage zu befürchten ist. Insbesondere soll bei der Entnahme von Proben eines Polymers aus dem in Form einer Suspension abgegebenen Ausgangsstrom eines Polymerisationsreaktors oder einer Produktleitung die Zeit für die Bereitstellung einer zu untersuchenden Probe beträchtlich vermindert werden.The invention aims to achieve the object of secreting solid particles from a suspension can without fear of clogging of lines and other components of the system. In particular is intended when taking samples of a polymer from the output stream given off in the form of a suspension a polymerization reactor or a product line takes the time to provide one examined sample can be reduced considerably.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Außerdem wird erfindungsgemäß eine Lösung der genannten Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 erzieltAccording to the invention, this object is achieved by a device solved with the features of claim 1. In addition, according to the invention, there is a solution to the above Object achieved by a method with the features of claim 6

Bei der hier angegebenen Einrichtung bzw. einem Verfahren zum Absondern von Feststoffpartikeln aus einer Suspension werden insbesondere Polymer-Feststoffpartikel und das verdampfte Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel durch ein Trägergas durch den Wärmtauscher geführt und in den evakuierten Innenraum einer Schneckenpresse eingebracht, wo die Polymerprobe verfestigt und zusammengedrückt und das Trägergas entfernt wird, so daß sich ein kohlenwasserstoffreies Extrudat ergibt, welches bereits fünf Minuten bis zehn Minuten nach Austritt der Suspension aus dem Reaktor oder der Produktlinie zur Verfügung steht, wähi end man bisher kohlenwasserstofffreie Proben erst nach etwa acht bis zehn Stunden zur Verfügung hatte.In the case of the device or method specified here for separating out solid particles a suspension are in particular solid polymer particles and the vaporized hydrocarbon suspension medium guided by a carrier gas through the heat exchanger and into the evacuated interior a screw press, where the polymer sample solidifies and compresses and the carrier gas is removed, so that a hydrocarbon-free extrudate results, which already five minutes to is available ten minutes after the suspension has emerged from the reactor or the product line, while samples that have hitherto been free of hydrocarbons are only available was available after about eight to ten hours.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellt darIn the following, exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the drawing. It puts represent

F i g. 1 ein schematisches Flußdiagramm,F i g. 1 is a schematic flow diagram,

F i g. 2 einen genaueren Schnitt durch eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben einer Suspension aus einem Polymersuspensionsstrom einer Produktleitung,
F i g. 3 eine genauere, teilweise im Schnitt gezeichnete Darstellung der Wärmeaustauschereinheit,F i g. 2 shows a more detailed section through a device for taking samples of a suspension from a polymer suspension stream of a product line,
F i g. 3 shows a more precise representation, partly in section, of the heat exchanger unit,

F i g. 4 eine genauere, teilweise im Schnitt gezeichnete Abbildung der Schneckenpresse undF i g. 4 shows a more precise, partially sectioned illustration of the screw press and

Fig.5 eine Schnittdarstellung entsprechend der in F i g. 4 angedeuteten Schnittebene 5-5.FIG. 5 is a sectional view corresponding to that in FIG. 4 indicated section plane 5-5.

In F i g. 1 ist die Anwendung des vorliegenden Vorschlages auf das Ziegler-Verfahren zur Polymerisation von Äthylen beschrieben, wobei das Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel ein N-Hexan sein kann und ein Katalysator, beispielsweise in Form von Aluminiumäthyl plus einem Titanderivat, etwa einem Tetrachlorid, verwendet wird. Bei dem Ziegler-Verfahren wird die Polymerisationsreaktion oft bei einer Temperatur von etwa 70°C und einem Druck von etwa 5,3 at durchgeführt. Das Äthylen wird in den Polymerisationsreaktor 10 über eine Leitung 11 zugeführt und das N-Hexan-Kohlenwasserstoffsuspensionsmittel gelangt über eine Leitung 12 in den Reaktor. Schließlich wird eine vorbereitete Katalysatormischung durch die Leitung 13 in den Reaktor eingeführt. Eine Temperaturregelung im Reaktor 10 kann durch eine nicht dargestellte Suspensionsmittelumwälzung bzw. Äthylenumwälzung erreicht werden. Ein Ausgangsstrom einer Polymersuspension ist über die Ausgangsleitung 14 aus dem Reaktor abnehmbar.
Von der Ausgangsleitung 14 wird mittels einer Sus-Pensionsprobenentnahme-Vorrichtung 15 eine Suspensionsprobe entnommen und zu dem Einlaß eines Wärmetauschers 16 vermittels eines Stickstoff-Trägergases eingespült, das der Suspensionsprobenentnahme-Vorrichtung 15 über eine Stickstoffleitung 17 und ein Durchflußregelventil 18 zugeführt wird. Die erhöhte Temperatur und der niedrigere Druck in dem Wärmetauscher 16 bewirken, daß die Polymersuspension nahezu unmittelbar nach ihrem Eintritt in den Wärmetauscher verdampft. Die Strömung des Stickstoff-Trägergases dient dazu, die Polymerpartikelchen beim Weitertransport zu der Schneckenpresse 24 im strömendem Zustand zu halten. Es ist also die Aufgabe des Trägergases, die Feststoffpartikelchen in der Schwebe zu halten und zu transportieren. Während Stickstoff als Trägergas bevorzugt verwendet wird, da es sich gegenüber dem Polymer neutral verhält und leicht zu beschaffen ist, eignen sich selbstverständlich auch andere Gase, welche in der Mischung mit dem verdampften Suspensionsmit-In Fig. 1 describes the application of the present proposal to the Ziegler process for the polymerization of ethylene, wherein the hydrocarbon suspension agent can be an N-hexane and a catalyst, for example in the form of aluminum ethyl plus a titanium derivative, such as a tetrachloride, is used. In the Ziegler process, the polymerization reaction is often carried out at a temperature of about 70 ° C. and a pressure of about 5.3 at. The ethylene is fed into the polymerization reactor 10 via a line 11 and the n-hexane hydrocarbon suspension medium passes via a line 12 into the reactor. Finally, a prepared catalyst mixture is introduced into the reactor through line 13. Temperature control in the reactor 10 can be achieved by circulating the suspension medium or circulating ethylene, which is not shown. An output stream of a polymer suspension can be removed from the reactor via the output line 14.
A suspension sample is taken from the outlet line 14 by means of a sus pension sampling device 15 and flushed to the inlet of a heat exchanger 16 by means of a nitrogen carrier gas which is fed to the suspension sampling device 15 via a nitrogen line 17 and a flow control valve 18. The increased temperature and the lower pressure in the heat exchanger 16 have the effect that the polymer suspension evaporates almost immediately after it has entered the heat exchanger. The flow of the nitrogen carrier gas serves to keep the polymer particles in the flowing state as they are transported further to the screw press 24. It is therefore the task of the carrier gas to keep the solid particles in suspension and to transport them. While nitrogen is preferred as the carrier gas, since it is neutral to the polymer and easy to obtain, other gases are of course also suitable, which are mixed with the vaporized suspension medium.

tel keine brennbare Mischung geben. Über Druckluftleitungen 20 und 21 steht ein Zeittaktgeber 19 mit der Suspensionsprobenentnahme-Vorrichtung 15 in Verbindung, so daß die Vorrichtung 15 intermittierend mit konstanter Wiederhoiungsfrequenz entsprechend der Einstellung einer nicht gezeigten Einstellvorrichtung des Zeittaktgebers 19 aus der Produktleitung 14 eine Suspensionsprobe entnimmt.tel do not give a flammable mixture. Via compressed air lines 20 and 21, a timer 19 is connected to the suspension sampling device 15, so that the device 15 intermittently with a constant repetition frequency according to the Setting a setting device, not shown, of the clock generator 19 from the product line 14 a Suspension sample is taken.

Auf den Wärmetauscher 16 wird mittels einer Heizschlange oder Rohrschlange 22, durch welche ein heißes Strömungsmittel, etwa Dampf oder öl, geleitet wird. Wärme übertragen. Es wird so viel Wärmeenergie zugeführt, daß die Suspensionsprobe während des Durchgangs durch den Wärmetauscher 16 den Temperäiuräbfall überwindet, den sie aufgrund der Expansion beim Übergang von der in der Produktleitung 14 herrschenden Bedingung erhöhten Druckes auf die Bedingungen niedrigeren Druckes innerhalb des Wärmetauschers 16 erleidet. Außerdem wird der Suspensionsprobe ausreichende zusätzliche Wärmeenergie zugeführt, um in dem Wärmetauscher !6 das Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel nahezu vollständig verdampfen zu lassen. Eine zufriedenstellende Arbeitsweise kann erreicht werden, wenn die Temperatur in dem Wärmetauscher nahe dem Siedepunkt des Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittels gehalten wird. Vorzugsweise wird die Temperatur etwa 5,5 Celsiusgrade unter den Siedepunkt des Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittels gehalten. Es hat sich gezeigt, daß eine bessere Verdichtung erreicht werden kann, wenn die Partikelchen etwas feucht sind und daher wird ein etwas feuchter Zustand der Partikel beim Eintritt in die Schneckenpresse einer vollständigen Verdampfung des Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittels in dem Wärmetauscher vorgezogen. Die Strömung des Stickstoff-Trägergases oder -Spülgases transportiert die feuchten Polymerpartikelchen und das nun verdampfte Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel von dem Ausgang des Wärmetauschers 16 über eine Verbindungsleitung 23 zu dem evakuierten Innenraum der Schneckenpresse 24.Is on the heat exchanger 16 by means of a heating coil or pipe coil 22, through which a hot Fluid, such as steam or oil, is passed. Transfer heat. So much heat energy is supplied that the suspension sample during the passage through the heat exchanger 16 the Temperäiuräbfall overcomes, which they prevail due to the expansion in the transition from that in the product line 14 Condition of increased pressure to conditions of lower pressure within the heat exchanger 16 suffers. In addition, the suspension sample is supplied with sufficient additional thermal energy to be in the Heat exchanger! 6 to allow the hydrocarbon suspension medium to evaporate almost completely. One satisfactory operation can be achieved when the temperature in the heat exchanger is close to The boiling point of the hydrocarbon suspending agent is maintained. Preferably the temperature is about 5.5 degrees Celsius below the boiling point of the hydrocarbon suspending agent held. It has been shown that better compression can be achieved can when the particles are slightly moist and therefore the particles become slightly moist when Entering the screw press a complete evaporation of the hydrocarbon suspending agent in preferred to the heat exchanger. The flow of nitrogen carrier gas or purge gas is transported the wet polymer particles and the now vaporized hydrocarbon suspending agent from the Output of the heat exchanger 16 via a connecting line 23 to the evacuated interior of the Screw press 24.

Der Extruder oder die Schneckenpresse 24 wird auf einer Temperatur im Bereich von etwa 205⁰C bis 260⁰C gehalten, je nachdem, welche Eigenschaften das zu untersuchende Polymer hat, wobei die Temperaturregelung mittels gebräuchlicher elektrischer Heizelemente erfolgt, welche die Schneckenpresse 24 umgeben, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Das verdampfte Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel und das Stickstoff-Trägergas werden aus der Schneckenpresse zA durch eine Evakuierungsieitung 25 über einen Filter 26 sowie durch eine Vakuumpumpenanordnung 27 abgezogen. Die Poiymer-Feststoffpartikel werden durch die fortschreitenden Gänge der Pressenschnecke 28, welche von einem äußeren Antriebsmotor 29 veränderbarer Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt wird, in Richtung auf das Auslaßende der Schneckenpresse 24 transportiert Restmengen des Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittels oder des Stickstoff-Trägergases, welche von den Gängen der Schnecke der Schneckenpresse zusammen mit den Feststoffpartikelchen des Polymers mitgeführt werden, können über eine Entlüftungsleitung 30 entweichen, die zur freien Umgebung ausmündet The extruder or the screw press 24 is kept at a temperature in the range from about 205 ^° C. to 260 ^° C., depending on the properties of the polymer to be examined, the temperature being controlled by means of conventional electrical heating elements that surround the screw press 24, however are not shown in the drawing. The vaporized hydrocarbon suspension medium and the nitrogen carrier gas are drawn off from the screw press zA through an evacuation line 25 via a filter 26 and through a vacuum pump arrangement 27. The polymer solid particles are transported through the advancing passages of the press screw 28, which is set in rotation by an external drive motor 29 of variable speed, in the direction of the outlet end of the screw press 24 the screw of the screw press are carried along with the solid particles of the polymer, can escape via a vent line 30, which opens out to the open environment

Die von flüchtigen Bestandteilen befreiten Polymer-Feststoffpartikel werden von den Gängen der Pressenschnecke 28 weiter in Richtung auf das Auslaßende der Schneckenpresse 24 bewegt, wo sie verdichtet und als festes Polymer ausgepreßt werden. Das Feststoffpolymerextrudat wird vom Auslaßende der Schneckenpresse 24 über eine Abgabedüse 31 an den Analysator 32 übergeben. Ein Druckmeßgerät 33 zeigt einer Bedienungsperson an, ob die Probenentnahmegeschwindigkeit der Suspensionsprobenentnahme-Vorrichtung 15 dazu ausreicht, eine kontinuierliche Strömung eines Extrudates zu dem Analysator 32 zu erzeugen. Die Probenentnahmegeschwindigkeit wird durch Handeinstellung an dem Zeittaktgeber 19 einreguliert. Der Analysator 32 kann ein beliebiges Gerät zur Bestimmung einer zu untersuchenden, veränderlichen Eigenschaft des Polymers sein. Der Schmelzindex ist eine solche veränderliche Eigenschaft eines normalerweise festen Polymers und sieüt eine geeignete Größe zur Steuerung des Poiymerisationsprozesses dar. Ein Schmelzindexrheometer, welches hier verwendbar ist, kann beispielsweise der US-Patentschrift 30 48 030 entnommen werden.The solid polymer particles freed from volatile constituents are of the flights of the press screw 28 further towards the outlet end of the Screw press 24 moves, where they are compressed and pressed out as a solid polymer. The solid polymer extrudate is sent from the outlet end of the screw press 24 through a discharge nozzle 31 to the analyzer 32 to hand over. A pressure gauge 33 indicates to an operator whether the sampling speed the suspension sampling device 15 is sufficient to ensure a continuous flow of an extrudate to the analyzer 32 to generate. The sampling speed is set by hand adjusted on the clock 19. The analyzer 32 can be any device for determining a to be investigated, variable property of the polymer. The melt index is such a changeable one Property of a normally solid polymer and size suitable for controlling the polymerization process . A melt index rheometer which can be used here can, for example, be the U.S. Patent No. 3,048,030 can be found.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 sei nun die Suspensionsprobenentnahme-Vorrichtung 15 näher beschrieben. Sie enthält ein Probenentnahmeventil der Mehrbundschieberbauart, welches durch einen Druckluftzylinder und einen darin geführten Kolben betätigt wird. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist ein Zylinder 34 vorgesehen, der in ein T-Stück der Produktleitung 14 eingeschraubt und unter Zwischenlage einer Dichtung 35 mittels einer Kontermutter 36 gesichert ist. In dem Zylinder 34 ist eine Kolbenanordnung 37 geführt, welche mit einem genau bemessenen Spindelabschnitt 38 versehen ist, in welchem eine bestimmte Probenmenge einer Suspension eingeschlossen werden kann. Dichtringe 39 verhindern ein Vorbeilecken von Suspension an den Bünden des Spindelabschnittes. Die Kolbenanordnung 37 ist über eine Kolbenstange 40 mit einem Druckluftkolben 41 verbunden, welcher verschieblich in einem Druckluftzylinder 42 geführt ist. Eine Betätigung der Suspensionsprobenentnahmevorrichtung 15 beginnt mit einer Druckbeaufschlagung von dem Zeittaktgeber 19 her über die Druckluftleitung 20, welche mit dem ersten Einlaß 43 des Druckluftzylinders 42 verbunden ist. Durch den auf die Stirnfläche des Kolbens 41 wirkenden Luftdruck wird die Kolbenstange 40 zusammen mit der Kolbenanordnung 37 vorgeschoben, wie durch die gestrichelten Linien 44 angedeutet ist. In dieser Stellung liegt der Spindelabschnitt 38 der Kolbenanordnung 37 gegenüber der durch die Produktleitung 14 fließenden, zu untersuchenden Suspension frei. Nach einer bestimmten, durch den Zeittaktgeber 19 vorgegebenen Zeit wird die Druckluftleitung 20 von dem Luftdruck entlastet und der Luftdruck wird über die Leitung 21 umgeschaltet die an den zweiien Einlaß 45 des Druckluftzylinders angeschlossen ist wobei dieser Einlaß zur Druckbeaufschlagung der Rückseite des Druckluftkolbens 41 dient Auf diese Weise wird die Kolbenanordnung 37 wieder in die in F i g. 2 durch ausgezogene Linien wiedergegebene Stellung zurückbewegtReferring to Figure 2, let us now consider the suspension sampling device 15 described in more detail. It contains a sampling valve of the multi-flange slide design, which is actuated by a compressed air cylinder and a piston guided therein. As shown in FIG. 2, a cylinder 34 is provided which is screwed into a T-piece of the product line 14 and is secured by means of a lock nut 36 with the interposition of a seal 35. In the cylinder 34 a piston arrangement 37 is guided, which is provided with a precisely dimensioned spindle section 38 is, in which a certain amount of sample of a suspension can be included. Prevent sealing rings 39 licking suspension past the collars of the spindle section. The piston assembly 37 is Connected via a piston rod 40 to a compressed air piston 41, which is displaceable in a compressed air cylinder 42 is performed. Actuation of the suspension sampling device 15 begins with a Pressurization from the clock generator 19 via the compressed air line 20, which is connected to the first Inlet 43 of the air cylinder 42 is connected. By acting on the end face of the piston 41 Air pressure advances the piston rod 40 along with the piston assembly 37 as indicated by the dashed lines Lines 44 is indicated. The spindle section 38 of the piston arrangement 37 is in this position with respect to the suspension to be examined flowing through the product line 14. After a certain time predetermined by the clock generator 19, the compressed air line 20 of the air pressure relieved and the air pressure is switched over via line 21 to the two inlets 45 of the compressed air cylinder is connected, this inlet for pressurizing the back of the pneumatic piston 41 is used In this way, the piston arrangement 37 is returned to the position shown in FIG. 2 by solid lines position shown moved back

Verschiebt sich also die Kolbenanordnung 37 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück, so wird eine Probe des Suspensionsstoffes in den Spindelabschnitt 38 der Kolbenanordnung eingeschlossen. Erreicht dann die Kolbenanordnung 37 ihre Ausgangsstellung, so gelangt der Spindelabschnitt 38 in fluchtende Stellung mit dem Einlaß 46 und dem Auslaß 47 des Zylinders 34. Die oben erwähnte Zuführungsleitung 17 für das Stickstoff-Trägergas ist an den Trägergaseinlaßanschluß 46 gelegt und liefert eine konstante Stickstoffgasströmung, welche die eingeschlossene Suspensionsprobenmenge über den Auslaß 47 ausspült oder ausbläst und in den Wärmetauscher 16 einführtIf the piston assembly 37 moves back into its starting position, a sample of the Suspending substance included in the spindle portion 38 of the piston assembly. Then reaches the piston assembly 37 their starting position, the spindle section 38 is aligned with the inlet 46 and the outlet 47 of the cylinder 34. The above-mentioned supply line 17 for the nitrogen carrier gas is applied to the carrier gas inlet port 46 and provides a constant flow of nitrogen gas which flushes or blows out the trapped suspension sample volume via outlet 47 and into the heat exchanger 16 introduces

Die Geschwindigkeit, mit welcher eine Suspension aus der Produktleitung 14 abgezweigt und in den Wärmetauscher 16 eingeführt wird, hängt von dem Volumen der im Spindelabschnitt 38 einschließbaren Suspensionsmenge und von der Taktgeschwindigkeit der Betatigung der Kolbenanordnung 37 ab, die von dem Zeittaktgeber 19 erzeugt wird. Eine Regulierung der Probenströmungsgeschwindigkeit von Hand wird daher durch Zeiteinstellung an dem Zeittaktgeber 19 vorgenommen. Eine zufriedenstellende Wirkungsweise hat sich bei einem praktischen Ausführungsbeispiel gezeigt, wenn das Aufnahmevolumen des Spindelabschnittes 38 etwa 8 cm³ beträgt und die Taktgeschwindigkeit 18 Arbeitsgänge je Minute ist, um eine Suspensionsprobenentnahmegeschwindigkeit von etwa 144 cm³ je Minute zu erzielen, wobei ein Stickstoff-Trägergasstrom von etwa 0,51 m³ je Minute einzustellen ist. Unter den verschiedenen Betriebsbedingungen kann die Suspensionsprobenentnahmegeschwindigkeit in einem Bereich von 30 cm³ je Minute bis 240 cm³ je Minute schwanken, wobei die Trägergas-Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 0,14 m³ je Minute bis 1,0 m³ je Minute einstellbar sein soll, um die Feststoffpartikelchen in der gewünschten Weise zu transportieren.The speed with which a suspension is branched off from the product line 14 and introduced into the heat exchanger 16 depends on the volume of the amount of suspension that can be enclosed in the spindle section 38 and on the cycle speed of the actuation of the piston arrangement 37, which is generated by the timer 19. A manual regulation of the sample flow rate is therefore carried out by setting the time on the clock generator 19. A satisfactory mode of operation has been shown in a practical embodiment when the ^{capacity of the spindle section 38 is approximately 8 cm 3} and the cycle speed is 18 operations per minute in order to achieve a suspension sampling rate of approximately 144 cm ³ per minute, with a nitrogen carrier gas flow of about 0.51 m ³ per minute is to be set. Under the various operating conditions, the suspension sampling rate can vary in a range from 30 cm ³ per minute to 240 cm ³ per minute, the carrier gas flow rate being ^{adjustable in a range from 0.14 m 3} per minute to 1.0 m ³ per minute intended to transport the solid particles in the desired manner.

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf F i g. 3 der Wärmetauscher 16 genauer beschrieben werden. Der Wärmetauscher ist in Fig.3 teilweise im Schnitt gezeichnet und enthält ein rohrförmiges Gehäuse 48 sowie eine Rohrschlange 22. Das Gehäuse 48 umschließt eine Reihe feststehend angeordneter, schraubenförmiger Umlenkelemente 49, 50, 51 und 52, welche jeweils aus einem dünnen Metallblechstück gefertigt sind und jeweils eine Verdrehung von 180° aufweisen, so daß sie jeweils dem durch das Gehäuse 48 strömenden Stoff oder Material eine bestimmte Drehung mitteilen. Vom Einlaßende aus gesehen besitzen das erste Schraubenelement 49 und das dritte Schraubenelement 51 sowie jedes jeweils übernächste Schraubenelement eine Verdrehung im Uhrzeigersinn, während das zweite Schraubenelement 50, das vierte Schraubenelement 52 und in dieser Folge ebenfalls jedes übernächste Schraubenelement eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn aufweisen. Zusätzlich ist jedes der Schraubenelemente mit seinem vorderen Rand um 90° versetzt an den hinteren Rand des vorausgehenden Schraubenelementes angesetzt, so daß die Richtung des Dralls, welcher dem durch das Gehäuse 48 strömenden Material erteilt wird, von Schraubenelement zu Schraubenelement umgedreht wird. Auf diese Weise wird das durch das rohrförmige Gehäuse 48 strömende Material ständig gemischt so daß radiale Gradienten bezüglich Temperatur, Geschwindigkeit und Materialzusammensetzung vermieden werden.In the following, with reference to FIG. 3 of the heat exchanger 16 will be described in more detail. Of the The heat exchanger is shown partially in section in FIG. 3 and contains a tubular housing 48 as well a coil 22. Housing 48 encloses a series of fixed, helical ones Deflection elements 49, 50, 51 and 52, which are each made from a thin piece of sheet metal and each have a rotation of 180 °, so that they each correspond to the substance flowing through the housing 48 or tell material a specific rotation. Seen from the inlet end, have the first screw element 49 and the third screw element 51 as well as each screw element next but one a rotation clockwise, while the second screw element 50, the fourth screw element 52 and in In this sequence, every screw element after that also has a counterclockwise rotation. In addition, the front edge of each of the screw elements is offset by 90 ° to the rear edge of the preceding screw element set so that the direction of the twist, which the Housing 48 is given flowing material, turned from screw element to screw element will. In this way, the material flowing through the tubular housing 48 is constantly mixed so that radial gradients with respect to temperature, speed and material composition are avoided will.

Ein Heizmantel mit einer das rohrförmige Gehäuse 48 in einer Schraubenlinie umgebenden Heizschlange 22 hat wärmeleitenden Kontakt mit der Außenfläche des rohrförmigen Gehäuses 48. Ein heißes Strömungsmittel, beispielsweise Dampf oder erhitztes Öl, wird durch die Heizschlange 22 geleitet und bildet eine Quelle von Wärmeenergie zur Erhöhung der Temperatur des durch das rohrförmige Gehäuse 48 strömenden Stoffes, wodurch das N-Hexan-Suspensionsmittel nahezu vollständig verdampft wird.A heating jacket having a heating coil surrounding the tubular housing 48 in a helical line 22 is in thermally conductive contact with the outer surface of tubular housing 48. A hot fluid, for example steam or heated oil, is passed through the heating coil 22 and forms a source of thermal energy to increase the temperature of the flowing through the tubular housing 48 Substance, whereby the n-hexane suspending agent is almost completely evaporated.

In der US-Patentschrift 32 86 992 ist ein Mischer beschrieben, welcher zur Verwendung als Mischerorgan in dem Wärmetauscher verwendbar ist Besonders geeignet ist ein Mischer mit einem Innendurchmesser von 15,7 mm und einer Länge von 153 mm, wobei im Inneren des rohrförmigen Gehäuses sechs Schraubenelemente angeordnet sind.In US Pat. No. 3,286,992, a mixer is described which can be used as a mixer element in The heat exchanger can be used. A mixer with an internal diameter of 15.7 mm and a length of 153 mm, with six screw elements inside the tubular housing are arranged.

Anhand der F i g. 4 und 5 soll nun noch die Schnekkenpresse 24 im einzelnen beschrieben werden. Sie enthält einen zylindrischen Extruderlauf oder einen Pressenzylinder 53 mit einer Länge von etwa 43 cm und einer Axialbohrung mit einem Durchmesser von 25,4 mm, wobei in dieser Axialbohrung eine Preßschnecke 28 angeordnet ist. Ein Antriebsmotor 29 veränderbarer Drehzahl versetzt die Preßschnecke 28 in solcher Richtung in Umdrehung, daß die Gänge der Schnecke von links nach rechts mit Bezug auf die Lage gemäß F i g. 4 vorwärts zu wandern scheinen. Ein Einlaß 54 der Schneckenpresse ist mit der Übergabeleitung 23 verbunden, wobei die Mitieiiinie des Einlasses 54 tangential zur Innenfläche des Pressenzylinders 53 einmündet, wie aus Fig.5 zu erkennen ist. Eine Reihe von Rillen oder Gängen 55, welche jeweils 12,7 cm lang, 2,85 mm breit und 1,43 mm tief sind, verlaufen parallel zur Längsachse des Pressenzylinders 53. Der mit Gängen oder Nuten versehene Abschnitt des Pressenzylinders unterstützt die Pressenschnecke 28 bei der Verfestigung der Polymerpartikelchen in eine feste Masse und bei einer raschen Abförderung des eingegebenen Materials von der Zuführungsstelle hinweg. Der Pressenzylinder ist ferner mit einem Vakuumauslaß 56 versehen, an welchen die Vakuumleitung 25 angeschlossen ist. Weiter ist ein Entlüftungsauslaß 57 gebildet, an den die Entlüftungsleitung 30 angeschlossen ist. Das stromab gelegene Ende des Pressenzylinders 53 besitzt eine verlängerte Düse oder Mündung 31, welche einen Mündungsdurchmesser von 6,35 mm aufweist und von welcher das Polymerextrudat in den Analysator 32 eingeführt wird. Das bereits erwähnte Druckmeßgerät 33 ist an die Düse 31 angeschlossen und überwacht den Druck des Polymerextrudates. Von dem Einlaß 54 aus gelangt das zugeführte Material im wesentlichen unmittelbar in die Gänge der Pressenschnecke 28 und hat dabei eine Eintrittsbewegung im wesentlichen parallel zur Winkelbewegung der Schraubengänge. Die Pressenschraube 28 dreht sich mit Bezug auf die Darstellung nach F i g. 5 im Uhrzeigersinn, derart, daß in der Darstellung nach F i g. 4 die Schraubengänge von links nach rechts vorzurücken scheinen derart, daß die Polymer-Feststoffpartikelchen von dem Einlaß 54 von den vorrückenden Schraubengängen der Pressenschnecke 28 fortgetragen werden. Das verdampfte Kohlenwasserstoff-Suspensionsmittel und das Stickstoff-Trägergas strömt in Gegenrichtung zur Bewegung der Polymer-Feststoffpartikel und wird aus dem Presseninnenraum über den Vakuumauslaß 55 und die Vakuumieitung 25 abgezogen. Die Vakuumpumpe 27 nach F i g. 1 ist so bemessen, daß sie während des Betriebes in dem Pressenzylinder 53 ein Vakuum in der Größenordnung von fünf Torr bis 6,5 Torr aufrechterhalten kann.Based on the F i g. 4 and 5, the screw press 24 will now be described in detail. It contains a cylindrical extruder barrel or press cylinder 53 approximately 43 cm in length and an axial bore with a diameter of 25.4 mm, with a press screw in this axial bore 28 is arranged. A variable speed drive motor 29 sets the press screw 28 in such a direction in rotation that the threads of the worm from left to right with respect to the position according to FIG. 4 seem to be wandering forward. An inlet 54 of the screw press is connected to the transfer line 23 connected, the center line of the inlet 54 being tangential opens out to the inner surface of the press cylinder 53, as can be seen from FIG. A row of Grooves or passages 55, which are each 12.7 cm long, 2.85 mm wide and 1.43 mm deep, run parallel to the longitudinal axis of the press cylinder 53. The section of the press cylinder provided with threads or grooves assists the press screw 28 in solidifying the polymer particles into a solid mass and with a rapid removal of the input material away from the feed point. The press cylinder is also provided with a vacuum outlet 56 to which the vacuum line 25 is connected is. Furthermore, a vent outlet 57 is formed, to which the vent line 30 is connected. The downstream located end of the press cylinder 53 has an elongated nozzle or orifice 31 which has an orifice diameter of 6.35 mm and from which the polymer extrudate is introduced into the analyzer 32 will. The already mentioned pressure measuring device 33 is connected to the nozzle 31 and monitors the pressure of the polymer extrudate. From the inlet 54, the material supplied passes essentially directly into the threads of the press screw 28 and has an entry movement essentially parallel to the angular movement the screw threads. The press screw 28 rotates with reference to the illustration according to FIG. 5 clockwise, in such a way that in the illustration according to FIG. 4 advance the threads from left to right appear such that the solid polymer particles from the inlet 54 from the advancing Screw threads of the press screw 28 are carried away. The vaporized hydrocarbon suspending agent and the nitrogen carrier gas flows in the opposite direction to the movement of the solid polymer particles and is withdrawn from the press interior via the vacuum outlet 55 and the vacuum line 25. the Vacuum pump 27 according to FIG. 1 is dimensioned so that it enters the press cylinder 53 during operation Maintain vacuum on the order of five torr to 6.5 torr.

Der Einlaß 54 für den zu extrudierenden Stoff liegt mit Bezug auf die Richtung der Bewegung des Polymers durch die Presse (in der Darstellung nach F i g. 4 von links nach rechts) etliche Schraubengänge von dem Antriebsende der Presse entfernt und der Vakuumauslaß 56 liegt zwei oder drei Preßschneckengänge stromaufwärts von dem Einlaß 54. Der Entlüftungsauslaß 57 des Pressenzylinders 53 liegt etwa sieben oder acht Schraubengänge stromabwärts gegenüber dem Polymereinlaß und dem Verdichtungsabschnitt der Presse 24. Verflüchtigte Bestandteile oder Trägergasmengen, welche nicht über den Vakuumauslaß 56 und die Vakuumieitung 25 abgezogen werden könnten und welche zwischen denThe inlet 54 for the material to be extruded is with respect to the direction of movement of the polymer through the press (from left to right in the illustration according to FIG. 4) several screw turns from the drive end away from the press and the vacuum outlet 56 is two or three screw flights upstream from inlet 54. The vent outlet 57 of the press cylinder 53 is about seven or eight screw threads downstream of the polymer inlet and compression section of press 24. Volatilized Components or amounts of carrier gas which are not passed through the vacuum outlet 56 and the vacuum line 25 could be deducted and which between the

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Polymerparti'celn von den vorrückenden Gängen der Pressenschnecke stromabwärts geführt worden sind, werden über den Entlüftungsauslaß 57 und die Eritlüftungsleitung 30 zur freien Umgebung hin abgelassen.Polymer particles from the advancing aisles of the Press screw have been passed downstream, via the vent 57 and the Erit vent line 30 drained to the open environment.

Die Temperatur in der Presse oder dem Estruder wird vorzugsweise ausreichend hoch gewählt, um die Viskosität so weit wie praktisch wünschenswert zu vermindern, wodurch die Beseitigung von Dämpfen aus dem Polymer unterstützt wird. Das stromab gelegene Ende der Schneckenpresse 24 wird vorzugsweise auf einer Temperatur gehalten, welche dazu ausreicht, den gewünschten Gegendruck in der Abgabemündung oder Düse 31 aufrecht zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß eine Temperatur der Schneckenpresse im Bereich von 205⁰C bis 260"C je nach den Eigenschaften des'zu ver- is arbeitenden Polymers zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt Die Temperatur in der Schneckenpresse wird durch elektrische Heizungselemente gebräuchlicher Bauart aufrechterhalten, welche den Pressenzylinder 53 umgeben. Diese Heizelemente sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.The temperature in the press or the extruder is preferably selected to be sufficiently high to reduce the viscosity as much as practically desirable, thereby helping to remove vapors from the polymer. The downstream end of the screw press 24 is preferably maintained at a temperature sufficient to maintain the desired back pressure in the dispensing orifice or nozzle 31. It has been found that a temperature of the screw press in the range from 205 ⁰ C to 260 "C depending on the characteristics comparable des'zu is working polymer to satisfactory results performs The temperature in the screw extruder is maintained by electrical heating elements common type which surround the press cylinder 53. However, these heating elements are not shown in order to simplify the illustration.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

Claims

Value remains patent claims:

1. Device for separating solid particles from a suspension, in particular for removal of samples of a polymer from the output stream given off in the form of a suspension Polymerization reactor, characterized by a heat exchanger (16) for evaporation or volatilization of the suspending agent, further by a pressing device (24) for compressing the solid particles, with an evacuable interior from which evaporated or volatilized substances can be removed (56, 25) and through devices (18, 17, 46, 47) for passing through the solid particles on their way through the heat exchanger into the pressing device a carrier gas.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the pressing device is formed by a screw press (24) which has a vacuum connection (56, 25) to remove evaporated or volatilized and gaseous substances is.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the devices for passing through the solid particles through the heat exchanger (16) into the pressing device into a device (18) for regulating the flow of the carrier gas through the heat exchanger (16) and the Pressing device (24) included.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier gas from a Nitrogen source can be supplied.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that one with the output (14) a polymerization reactor (10) associated suspension sampling device (15) is provided, which is connected on the output side to the heat exchanger (16), the in turn, a screw press (24) forming the pressing device is acted upon at its output.

6. A method for separating a sample of a polymer from the output stream of a polymerization reactor, in particular using a device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a sample is taken from the suspension flow and the suspension medium is evaporated while the sample is simultaneously passed through a carrier gas using a Heat exchanger is flushed, after which the gaseous and vaporous components means removed under a vacuum and the solid constituents the suspension to be compressed to form a polymer extrudate.

7. The method according to claim 6, characterized in that the samples intermittently with a constant Repetition frequency can be taken so that there is a continuous flow of the polymer extrudate results.

8. The method according to claim 7, characterized in that the pressure at the outlet mouth or the exit nozzle of a screw press used to compress the polymer particles and the repetition frequency of the sampling is changed accordingly in such a way that that this output pressure at a constant The invention relates to a device or to a method for separating solid particles from a suspension, in particular for removal of samples of a polymer from the output stream of a polymerization reactor, which is given off in the form of a suspension.

In the production of solid polymers it is necessary to control the polymerization reaction so that that the polymers produced consistently have the desired properties. A property that The melt index, which has proven itself to be the variable to be monitored for controlling the polymerization, is is determined by a test called ASTM Test D-1238-70. True, the melt index a suitable quantity to control production for most solid polymers, but time is for the separation or segregation of the solid particles of the polymer from a suspension sample, which from is removed from the reactor or a product line, so long that the state in the reactor to the The time at which the melt index determination is made does not necessarily reflect the condition corresponds to which prevailed at the time of sampling, which is why precise control of the polymerization process suffered from the delay in determining the melt index of the polymer which was contained in a suspension sample, which at a certain point in time from the reactor or from a Product line was taken. For this reason, it was previously necessary to use the polymerization reactor based on experience operate in such a way that the instantaneous settings are based on the knowledge of the state of the reactor was made eight to twelve hours ago. Deviations from a group of Conditions that are known to result in a desired product result in a production time of several hours, during which of the required properties of the product are manufactured will. The investigation or testing within the reactor itself with regard to the different operating conditions is not possible for practical reasons.

In US Pat. Nos. 35 06 640 and 35 79 728, methods and devices are described for separating a solid polymer from a solution of this polymer in a solvent, a sample of the solution being withdrawn from the polymerization reactor or a product line via a sample line and then through a temperature regulating or control unit is guided, after which the sample arrives at an intermittently actuated expansion valve, from where the sample is sprayed or admitted directly into an evacuated extruder. The solvent evaporates while the solution is sprayed into the extruder and can be discharged from the extruder so that the extrudate obtained is a substantially solvent-free polymer. This way of sampling is suitable for use in low-pressure reactors for ethylene polymerization using the Phillips catalyst method in which the polymerization in a hydrocarbon solvent at temperatures of about 100 ⁰ C and is carried out above and the pressures in the reactor to